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Batteria estensibile agli ioni di litio basata sulla nuova struttura a micro nido d'ape

2021-08-03


Diagramma schematico del processo di produzione di batterie estensibili Credito: Korea Institute of Science and Technology (KIST)


Un team di ricerca coreano ha sviluppato una batteria agli ioni di litio abbastanza flessibile da poter essere allungata. Il team di ricerca del dottor Jeong Gon Son presso il Photo-Electronic Hybrids Research Center presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato di aver costruito una batteria agli ioni di litio estensibile ad alta capacità. La batteria è stata sviluppata fabbricando un elettrodo strutturalmente estensibile costituito esclusivamente da materiali per elettrodi e quindi assemblandolo con un elettrolita in gel estensibile e un imballaggio estensibile.

I rapidi progressi tecnologici nell'industria elettronica hanno portato a un mercato in rapida crescita per dispositivi indossabili ad alte prestazioni, come smart band e dispositivi elettronici impiantabili sul corpo, come pacemaker. Questi progressi hanno notevolmente aumentato la necessità di dispositivi di accumulo di energia da progettare in forme flessibili ed estensibili che imitano la pelle e gli organi umani.

Tuttavia, è molto difficile conferire estensibilità alla batteria perché il materiale solido dell'elettrodo inorganico occupa la maggior parte del volume e anche altri componenti come collettori e separatori di corrente devono essere resi estensibili. Inoltre, deve essere risolto anche il problema della perdita di elettrolita liquido sotto deformazione, così come il problema della perdita di elettrolita liquido.



(A) Diagramma schematico di una cella assemblata della batteria estensibile. (B) La capacità di accumulo di energia della batteria estensibile: (a) un ambiente in cui vengono applicate variazioni dallo 0% al 50%, (b) un ambiente che non non cambia molto con lunghi esperimenti di carica o scarica.(C) Un cambiamento nella capacità di stoccaggio misurato quando le varianti 0% e 50% vengono eseguite ripetutamente 500 volte.(D) Una fotografia di una lampada a LED operata in uno stato di allungamento ed espansione ( 50% di deformazione) da una batteria estensibile. Credito: Korea Institute of Science and Technology (KIST)


Per affrontare questi problemi, il team di ricerca del Dr. Jeong Gon Son presso il KIST si è concentrato sulla creazione di una microstruttura simile a una fisarmonica, che conferisce estensibilità strutturale ai materiali non estensibili, e quindi ha costruito una struttura di elettrodi microcurvati verso l'interno in un nido d'ape forma. La struttura a nido d'ape sporgente verso l'interno era costituita da grafene spesso un atomo, che funge da tenda, e nanotubi di carbonio, che formavano una corda di dimensioni nanometriche. La struttura composita a forma di nido d'ape, composta da materiali attivi, grafene e nanotubi di carbonio, è stata sporgente verso l'interno come una fisarmonica utilizzando un processo di compressione radiale, simile al rotolamento dei rotoli di riso coreani (gimbap), che ha portato alla creazione di proprietà estensibili.

Gli elettrodi sviluppati dal team di ricerca non contengono materiali tipicamente utilizzati per l'elasticità, come la gomma, che non facilitano l'accumulo di energia. Tutti i materiali utilizzati dal team di ricerca nella loro batteria di nuova concezione sono completamente utilizzati per l'accumulo di energia e il trasporto della carica. In effetti, la batteria estensibile creata dal team ha mostrato una capacità di accumulo di energia (5,05 mAh/cm2) pari a quella delle batterie non estensibili esistenti.

Gli elettroliti gel estensibili di nuova introduzione e i materiali di imballaggio estensibili che bloccano l'aria e l'umidità e impediscono agli elettroliti di fuoriuscire. La batteria estensibile risultante ha mostrato un'elevata capacità areale di 5,05 mAh/cm2, prestazioni elettrochimiche superiori fino al 50% di deformazione sotto ripetuti (fino a 500) cicli di rilascio per allungamento e stabilità a lungo termine del 95,7% dopo 100 cicli in condizioni atmosferiche.

Il Dr. Jeong Gon Son del KIST ha dichiarato: "La batteria estensibile agli ioni di litio sviluppata attraverso questa ricerca dovrebbe presentare un nuovo paradigma in termini di sistemi di accumulo di energia estensibili per l'ulteriore sviluppo di dispositivi elettronici indossabili e impiantabili sul corpo".